이주영 기자 = 100년간 화학 교과서에 실리면서 플라스틱 등 유용한 물질을 만드는 유기합성에서 합성이 불가능한 특정 구조의 화합물을 규정하는 것으로 여겨져 온 '브레트 규칙'(Bredt's rule)이 깨졌다.

연구팀은 '항브레트 올레핀'(ABO) 합성법을 찾았다며 이는 화학자들이 100년 동안 받아들여 온 통념을 깨는 것으로 신약 등 부가가치가 높은 물질의 합성을 가능하게 한다며 교과서를 다시 써야 할 때라고 주장했다.

[Neil Garg/UCLA 제공. 재판매 및 DB 금지]

미국 로스앤젤레스 캘리포니아대 화학과 닐 가그 석좌교수팀은 1일 과학 저널 사이언스(Science)에서 가교형 고리 유기 분자에서 '고리가 충분히 크지 않으면 이중 결합(double bond)이 다리목(bridgehead)에 올 수 없다'는 브레트 규칙에 어긋나는 항브레트 올레핀 합성법을 개발했다고 밝혔다.

브레트 규칙은 독일 화학자 율리우스 브레트가 1902년에 처음 내놓은 뒤 1924년 교과서에 실린 것으로, 탄소 중심의 유기 분자 안에서 이중결합이 구조 안정성을 깰 수 있는 위치에 놓일 수 없음을 규정하는 것으로 받아들여져 왔다.

유기 분자는 안정을 위해 원자의 결합 형태와 배열이 특정 구조를 이루게 되는 데, 분자 내에 이중결합이 있는 올레핀(olefin)의 경우 구성 원자와 그 원자에 결합한 수소 등은 3차원에서 동일 평면에 놓여 있어야 안정된 구조가 된다.

브레트는 이 원리를 토대로 이중 결합이 있는 가교형 고리 유기 분자에서 고리 크기가 충분히 크지 않을 경우 이중 결합은 다리를 형성하는 다리목 위치에 존재할 수 없다는 경험적 법칙을 발견했다.

브레트 규칙에 따르면 똑같은 원자로 구성된 세 가지 노보넨 분자 중 이중결합이 다리목(빨간색 C)에 있는 오른쪽 두 가지 화합물은 만들 수 없다.[Jeff Dahl/Wikipedia 제공. 재판매 및 DB 금지]

연구팀은 이 연구에서 실릴 할로겐화합물(silyl pseudo halides)이라는 분자를 불소 화합물로 처리해 항브레트 올레핀(ABO)을 형성할 수 있는 제거반응(elimination reaction)을 유도했다.

이어, 이렇게 생성된 매우 불안정한 ABO를 가두어 분리해낼 수 있는 다른 화학반응을 도입해 ABO를 만들고 분리함으로써 이 물질을 다른 물질 합성 등에 활용하는 것이 가능하다는 것을 입증했다.

가그 교수는 "이런 3차원 구조 물질은 새로운 의약품을 발견하는 데 사용할 수 있기 때문에 제약업계에서 이런 물질을 만드는 화학반응 개발에 힘써왔다"며 "이 결과는 고부가가치 제품을 만드는 데 ABO을 활용할 수 있음을 보여준다"고 말했다.

이어 "사람들은 그동안 (브레트 규칙 때문에) 할 수 없다고 생각했기 때문에 항브레트 올레핀을 연구하지 않았다"며 "이런 규칙을 두어서는 안 된다. 극복할 수 없는 규칙이 있으면 창의성이 파괴된다"고 덧붙였다.

◆ 출처 : Science, Neil K. Garg et al., 'A solution to the anti-Bredt olefin synthesis problem', www.science.org/doi/10.1126/science.adq3519